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Computermodelle könnten künftig zur Entdeckung gigantischer Ressourcen führen

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Baku, den 14. Oktober (AZERTAG). Die Welt ist hungrig nach Rohstoffen, nach neuen Lagerstätten wird mit Hochdruck gefahndet. Jetzt stellen Forscher neue Erkenntnisse darüber vor, wie die wertvollen Vorkommen entstehen. Computermodelle könnten künftig zur Entdeckung gigantischer Ressourcen führen.

Ein großes Vorkommen wertvoller Metalle zu finden, hat noch immer viel mit Glück zu tun. Grob geschätzt führt nur eine von 1000 Untersuchungen geologischer Formationen zur Einrichtung eines Bergwerks. Deshalb beschäftigen sich Geologen zunehmend mit den Mechanismen, die riesige Lagerstätten von Kupfer, Gold, Silber, Platin und anderen Metallen, aber auch von Diamanten hervorbringen. Im Fachmagazin „Nature Geoscience“ haben nun gleich mehrere Teams neue Erkenntnisse dazu präsentiert.

Eine wichtige Rolle bei der Suche nach riesigen Erzlagerstätten spielen sogenannte Subduktionszonen. Das sind Gebiete, in denen eine Erdplatte unter eine andere taucht und im heißen Erdmantel allmählich eingeschmolzen wird. In diesen Bereichen gibt es häufig aktive Vulkane und auch große Vorkommen von vulkanischem Gestein.

Aus neueren Erkenntnissen über solche Zonen hat Jamie Wilkinson vom Imperial College London vier wichtige Mechanismen herausgefiltert, die zur Bildung von riesigen Erzlagerstätten führen können. „Vulkanische Erzlagerstätten sind die Quelle großer Mengen von Kupfer, Molybdän, Gold und Silber, die von Menschen verwendet werden“, schreibt Wilkinson.

Der erste Mechanismus betrifft unterirdische Kammern mit Magma, also flüssigem Gestein aus dem Erdmantel. Wenn in bereits existierende Kammern erneut heißes Magma eindringt, führt dies laut Wilkinson zu einer Zirkulation des alten Materials. Bei dieser sogenannten Konvektion werden Teile aus der angrenzenden Erdkruste und metallische Bestandteile des neuen Magmas vermischt. Bei mehreren Durchgängen reichert sich in der Magmakammer immer mehr Metall an.

Der zweite Mechanismus basiert Wilkinson zufolge auf dem Schwefelanteil im geschmolzenen Gestein. Wieder ist es nachfließendes Magma, das die Metallanreicherung in Gang setzt: Flüchtige Bestandteile wie Wasser, Kohlendioxid und Schwefeldioxid entweichen aus dem frischen Magma und lösen in der Kammer vorhandene Schwefelablagerungen auf. Damit ist der Schwefel wieder in der Lage, sich an Metalle zu binden - und sie in einem begrenzten Gebiet anzureichern.

Beide Mechanismen sind im Bereich der Subduktionszonen besonders wirksam. Das liegt daran, dass die abtauchende Erdkruste viel Wasser enthält. Dieses verzieht sich in Richtung Erdoberfläche, wenn mit größerer Tiefe der Druck und die Temperatur zunehmen. So entstehen umfangreiche Flüssigkeitsströme aus tiefen Erdregionen, in denen auch die gesuchten Metalle gelöst sind.

Einen dritten Mechanismus sieht Wilkinson darin, dass die Bildung von Magnetiten, einer Eisen-Sauerstoff-Verbindung, den Sauerstoffanteil im Magma verringert. Notwendig ist dafür Umgebungsgestein, das reich an Kohle oder nicht-oxidiertem Eisen ist und das ins Magma eingeschmolzen wird. Weil weniger Sauerstoff als Bindungspartner des Schwefels zur Verfügung steht, können Kupfer, Gold und andere Metalle, die Schwefelverbindungen eingehen, in den erzbildenden Flüssigkeiten stark angereichert werden.

Den vierten Mechanismus bildet laut Wilkinson der schnelle Aufstieg von Flüssigkeiten mit gelösten Schwefel-Metall-Verbindungen. Beim Aufsteigen durch einen schmalen Schlot kühlt die Flüssigkeit schnell ab. Der enorme Druck, der in der Tiefe herrscht, lässt rasch nach. Die Flüssigkeit dehnt sich aus, und es kommt zu hochkonzentrierten Ablagerungen von Schwefel-Metall-Verbindungen im umgebenden Gestein.

Der Kanadier Jeremy Richards hat in einem weiteren Beitrag in „Nature“ die Eigenschaften und Rahmenbedingungen besonders großer Lagerstätten mit denen kleinerer Vorkommen verglichen. Bei Kupfer-, Molybdän- und Goldlagern in vulkanischem Gestein bestehe der größte Unterschied in der Dauer des geologischen Prozesses, der zur Bildung des Erzes geführt hat: Gewöhnliche Lagerstätten sind durchschnittlich innerhalb von 100.000 Jahren entstanden, riesige Verwandte hatten dagegen 700.000 Jahre Zeit.

Richards untersuchte auch riesige Gold- und Silber-Vorkommen, die nicht unbedingt auf vulkanische Aktivität zurückzuführen sind. Bei diesen Mineralabscheidungen aus Flüssigkeiten bei Temperaturen zwischen 200 und 100 Grad spielen Erdbeben eine wichtige Rolle für hohe Metallkonzentrationen. Die bei Beben entstehenden Gesteinslücken füllen sich schnell mit Wasser, das verdampft und weiteres Wasser aus dem Gestein zieht. So reichern sich in der Lücke die im Wasser gelösten Metalle an.

In einem dritten Fachartikel plädieren Forscher um William Griffin von der Macquarie University in Australien dafür, bei Modellen zur Entstehung von Erzen nicht nur das vulkanische Gestein zu betrachten. Vielmehr müssten die gesamte Erdkruste und der oberste Teil des Erdmantels, die sogenannte Lithospäre, einbezogen werden. Vor allem in Subduktionszonen werde in der tiefen Lithosphäre älteres Gestein immer wieder durch flüssiges, metallhaltiges Gestein aus großer Tiefe angereichert, schreiben die Forscher.

Griffin und Kollegen schlagen vor, jenen Teil des Erdmantels, der zur Lithosphäre unter Kontinenten gehört, im Hinblick auf Struktur, Alter und Zusammensetzung zu erkunden und in Karten zu verzeichnen. Die geologischen Muster könnten dann Hinweise auf geeignete Orte für die Erkundung großer, metallreicher Erzlagerstätten geben.

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